超连续谱光源应用系列(一)——表面等离子体
【资料】表面等离子体波的特征-现代物理研究所汇编
Prism 0 Metal m Sample 1
0
kev ksp
x z
(A) Kretschman
0 k'ev ksp
(B) Otto
Prism 0 Sample 1 Metal m
当倏逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减 弱。能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波 吸收，使得反射光的能量急剧减少。
证明??
电磁场边界条件—连续
Page 4
由矢量形式折反射定律：
K r K 'r K ''r
如图所示，入射面为xOz，则有 n1
Kx K'x K''x
n2
' O ''
当发生全反射时 s in
n2 n1
， ' ' 是一个复数
z
证明
x
K ''zK ''2 K ''x2K 2 n n 1 2 2 K 2sin 2 K 2 n n 1 2 2 sin 2
表面等离子体波的特征-现代物 理研究所
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一、表面等离子体共振简介
表面等离子体共振（Surface plasmon resonance ，SPR ）， 又称等离子激元共振，是一种物理光学现象。
与光的全反射有关
电磁波
1
共振条件
2
相同的频率和波矢（即波长） 传播方向一致
Page 2
基于SPR原理的SPR传感技术是20世纪90年代发展起来的，生
Focus len
Ag film Light source
Inlet
光子晶体光纤超连续谱产生及表面等离子体传感器研究的开题报告
光子晶体光纤超连续谱产生及表面等离子体传感器研究的
开题报告
该研究的开题报告应该包括以下几个方面的内容：
1. 研究背景及意义
介绍光纤超连续谱产生和表面等离子体传感器的相关背景，分析目前的研究状况和存在的问题，说明进行该研究的意义和价值。
2. 研究目标
明确本研究的目标，包括通过光子晶体光纤实现超连续谱产生和利用表面等离子体传感器实现对物体场景的探测等等。
3. 研究内容和研究方法
说明本研究的具体内容，包括基于光子晶体光纤的超连续谱产生和表面等离子体传感器的制备及其对物体场景的探测等方面；同时说明本研究采用的具体研究方法，如光学系统的搭建、光纤的制作、表面等离子体的激发等。
4. 研究进度
阐述本研究的进度安排，包括研发计划、实验室搭建、实验方案的制定、实验数据的收集和处理等。
5. 预期成果
说明本研究的预期成果，并对这些成果进行简要的阐述。
6. 研究意义和应用价值
分析本研究的意义和应用价值，如在生物医学领域、化学领域、物理学领域等的应用前景等。
7. 研究存在的问题及解决方案
分析本研究中可能存在的问题，并提出解决方案。
8. 研究的组织架构和人员分工
说明本研究的组织架构和人员分工，包括主要研究人员和各自的工作任务。
以上是光子晶体光纤超连续谱产生及表面等离子体传感器研究的开题报告内容。
表面等离子体共振技术及其在化学中的应用
表面等离子体共振技术及其在化学中的应用表面等离子体共振技术简介表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance）技术是一种能够测定分子间相互作用的实验方法，利用了金属表面的等离子体共振现象，实现了分子间的灵敏检测。
其原理是利用了固体表面上的金属层，通过激光的照射产生等离子体共振，这种共振能使得催化剂与其反应物相结合，从而实现表面分子间的相互作用。
表面等离子体共振技术在化学领域的应用1.酶促反应机理酶促反应是化学领域中常见的反应类型，此类反应具有灵敏性强、反应条件温和、催化效率高等优势，被广泛应用于药物生产、制备化学品等领域。
表面等离子体共振技术的应用可以实现对酶促反应机理的深入研究，为其理论模型的建立和优化提供基础支持，从而提升酶催化反应的效率。
2.生物传感器生物传感器是一种可以灵敏检测生物分子的装置，采用了表面等离子体共振技术的方法可以实现对样品中生物分子的检测和定量测定。
该方法极大地简化了传统生物分析方法的操作流程，极大地提升了检测灵敏度和准确性，适用于生命科学领域中的分子检测、药物筛选等领域。
3.化学反应动力学研究化学反应动力学研究是化学领域中极为重要的研究内容之一，既包括了反应物的生成速率、反应过程中的化学周期等方面。
互补地应用表面等离子体共振技术可以对该类反应进一步探究，更好地理解反应机理、剖析反应速度等关键问题。
4.化学降解物的测定化学降解是工业化学领域中一个重要的问题，如何准确地测量降解降之后的残留物，一直是化学领域中的难点问题之一。
利用表面等离子体共振技术，可以快速有效地检测工业化学反应中产生的化学物质，对降解物的鉴定提供了实验数据的支持。
结语表面等离子体共振技术的应用拓宽了化学领域中分子间相互作用的研究方法。
未来，在技术不断发展壮大的背景下，表面等离子体共振技术的应用前景必将更加广阔。
表面等离子体共振传感技术的发展与应用
表面等离子体共振传感技术的发展与应用随着科技的不断发展，传感技术也日新月异。
表面等离子体共振传感技术(SPR)作为目前最先进的生物分析技术之一，被广泛应用于生物芯片、药物筛选、生物传感器等领域。
本文将从表面等离子体共振原理、传感技术的演变和应用案例等方面为您介绍表面等离子体共振传感技术的发展与应用。
一、表面等离子体共振原理表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)源于表面等离子体的产生与传播。
表面等离子体(Surface Plasmon, SP)是电磁波在金属与介质接触界面上产生的电子振荡模式。
当SP在金属表面与介质中的折射率的平衡点发生改变时，SP发生共振现象。
共振角度与介质中分子浓度成反比，故可通过实时检测共振角度的变化，间接测量分析物与生物分子之间的相互作用。
二、传感技术的演变表面等离子共振是一种实时、不需标记、无需特定洗涤步骤、无需纯化或分离的敏感且广泛应用的检测技术。
随着技术的发展，其在不同领域的应用也越来越广泛。
1.药物筛选表面等离子共振可用于开发靶向药物，如癌症治疗药物的研制。
以免疫抑制剂为例，可使用类似共轭缩合物LOV2FMN-BP1等方法，实现药物与抗体的共价结合，并依靠SPR技术进行筛选。
2.生物传感器表面等离子共振传感器是一种应用广泛的生物分析技术。
SPR传感器可以检测一种实时反应，并且不需要荧光或者其他的标记物质。
因此，SPR传感器被广泛应用于肿瘤、心血管疾病等领域，涉及医疗及疫苗研发等众多领域。
3.生物芯片表面等离子共振技术可用于生物芯片检测系统。
消费者的测试物质（如肝炎病毒或癌细胞）通过血液或其他生物样本传送到生物芯片测试系统。
当测试物与芯片接触时，通过SPR技术获取反应曲线。
三、应用案例表面等离子共振传感技术广泛应用于药物筛选、生物传感器、生物芯片等领域，其中最为广泛的应用为药物筛选。
以达菲那铂(Danaparoid Sodium)为例，配合SPR传感技术，快速检出药品成分，从而保证药品质量。
光电物理学中的表面等离子体共振
光电物理学中的表面等离子体共振光电物理学是物理学的一个分支，研究光与物质之间的相互作用。
表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）则是光电物理学中的一个重要研究领域，用于为生物分子学、化学传感器以及纳米光学等方面提供有价值的数据。
1. 表面等离子体共振的原理表面等离子体共振是一种基于光学现象的测量方法，在该方法中，通过观察薄膜表面的反射或透射光的强度和频率的变化来研究物质表面的化学和物理性质。
表面等离子体共振原理的核心是表面等离子体波（surface plasmon wave，SPW）的存在，这是一种在固体和液体界面上的电子波。
当SPW与来自光源的光波交互作用时，会出现共振现象，这一现象极为敏感，可用于检测很小量的生物分子或化学物质。
2. 表面等离子体共振的应用在生物分子学中，表面等离子体共振可以通过分析薄膜上的生物分子与分子间相互作用时产生的共振现象来研究这些分子之间的互动。
这种方法通过分析分子在薄膜表面的光学特性，可以帮助科学家们更好地理解生物分子的结构、构象和相互作用。
在化学传感器方面，表面等离子体共振可以用于检测试样中的小分子化合物，如药物、化学物质、毒素等。
它是一种便捷、快速和高度灵敏的技术方法，可用于分析药物分子的互动、监测环境污染物或废水中的化学物质等。
在纳米光学领域中，表面等离子体共振可以用于制造纳米光学器件，如表面等离子体共振衍射你（surface plasmon resonance diffraction grating）和聚焦的表面等离子体共振谐振器。
这些器件可用于提高光学成像的分辨率、改善激光的成像和显色度，以及在热力学、物理学和化学方面进行纳米级别的研究。
3. 表面等离子体共振的优缺点表面等离子体共振是一种优异的技术方法，有多个优点，如：高灵敏度：能够测量超低浓度、微弱派生和低分子质量的物质。
实时测量：不需要对样品做任何处理或标记就能实时测量分子之间的相互作用。
表面等离子体共振原理及应用
1.0
0.9 Reflectance
0.8
0.7
0.6 620
640
660
680
700
720
Wavelength / nm
典型的SPR光谱
二、 SPR传感器概念
4种检测方式
1.
2. 3. 4.
角度调制：固定λ
波长调制：固定θ
in，改变θ in
in in in
，改变λ
in
强度调制：固定θ
相位调制：固定θ
基于角度调制的SPR传感装置
SPR 对附着在金属薄膜表面的介质折射率非常敏感 , 当表面 介质的属性改变或者附着量改变时，共振角将不同。因此， SPR谱（共振角的变化vs时间）能够反映与金属膜表面接触 的体系的变化。
典型仪器
Biacore 2000 Dimensions: 760 x 350 x 610 mm Net Weight: 50 kg Spreeta 2000
表面等离子体共 振及其应用
报告人：邢砾云
2012.10
表面等离子体的产生 SPR传感器概念 典型SPR传感器及其应用
一、表面等离子体的产生
Surface Plasmon Resonance , SPR
除电子以外，用电磁波，如光波，也能激发表面等离子体振动。二 十世纪初，Wood 首次描述了衍射光栅的反常衍射现象，这实际上就是 由于光波激发了表面等离子体振动所致。六十年代晚期，Kretschmann 和Otto采用棱镜耦合的全内反射方法，实现了用光波激发表面等离子体 振动，为SPR技术的应用起了巨大的推动作用。他们的实验方法简单而 巧妙，仍然是目前SPR装置上应用最为广泛的技术。
、λ
表面等离子体耦合发射法
表面等离子体耦合发射法
表面等离子体耦合发射法（Surface Plasmon Coupled Emission，SPCE）是一种基于表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）效应的光学分析技术。
SPCE技术的原理是将荧光分子附着在与金属薄膜界面上的生物传感器表面上，荧光分子通过与表面等离子体共振模式的耦合来提高荧光的发射效率。
当表面等离子体与荧光分子共振时，该系统中的能量传递效率最高，从而增强了荧光的辐射转移。
这种增强荧光信号的方法可以用于灵敏和快速的生物传感器和检测应用。
SPCE技术的优点包括：
1.高灵敏度：通过表面等离子体共振的耦合效应，提高了荧
光发射效率，从而提高了灵敏度。
2.快速检测：SPCE技术对目标分子的检测可以在秒级的时间
范围内完成，具有快速的分析特性。
3.实时监测：由于SPCE技术采用实时荧光测量，可以实时
监测目标分子的动态过程，并获得动态数据。
4.无需标记物：与传统的荧光标记方法不同，SPCE技术中的
荧光信号不需要额外的标记物，避免了标记过程中的潜在影响。
SPCE技术在生物医学领域中的应用非常广泛，如蛋白质检测、DNA分析、细胞成像等。
通过利用表面等离子体耦合发射法，
可以实现高灵敏度、快速和准确的目标分子的检测和分析。
细说神奇的表面等离子体波(Word)
细说神奇的表面等离子体波光通信的新宠——表面等离子体波光纤是现在全世界最普遍使用的传递光信号的传播器件。
它巨大的容量使得科学研究人员对于它将来能够取代微处理器和电子计算机芯片中的各种电子器件充满信心。
但是很不幸的是，光纤的尺寸太大使得它和小巧的芯片接口无法匹配。
光电子器件大的原因在于其尺寸被衍射这一物理规律所制约。
空间中相聚很近的光之间会相互干涉叠加，这导致承载光信号的光纤的最小宽度是光波长的一半。
芯片上传播的光信号通常是1500nm波长的远红外光（这也是人类规定的一切通讯电磁波的波长）。
这样光纤的最小宽度会远大于我们目前正在使用的纳米电子器件（硅的集成芯片通常只有100nm的量级），使得光纤和芯片的接口无法匹配。
毫无疑问，人类对于这个衍射极限是无法突破的，因此一度陷入沮丧。
但是最近几十年来，人们发现了一种可以用做电子器件与光纤通信媒介的现象：plasmon （表面等离子体波在金属和介质表面的震动），使得整个研究方向重现曙光。
当电磁波在金属和介质表面传播的时候，会引起金属表面电子的共振。
电子振动的频率和电磁波是吻合的，但是却有着比电磁波小很多倍的波长（如上图所示）。
这意味着，这种表面plasmon振动的波长是被极大压缩了的，可以用来连接大尺度的光纤和纳米级的电子器件。
在金属和电介质表面可以看到，在光纤中同样频率电磁光的波长在meta-material（利用上述plasmon现象制作的材料）中被压缩了几十甚至上百倍（如上图所示），这样光纤和芯片接口尺寸不匹配的问题被解决了，我们只需要在中间加一个plasmonic的转换过渡（如下图所示）。
该器件的一个极大的优点就是低功耗。
或许有人会疑惑，因为人们对金属的第一印象就是电磁波会被金属所吸收转化成热量。
然而这种表面的plasmon的功耗极小，因为它只是在金属的表面振动，根本没有进入金属内部，所以自然耗散极小。
表面等离子体波的历史1）炼金术士的彩色酒杯炼金术士们在几千年前就已经不经意地参杂金属物质，通过plasmonics的效应来制作有颜色的酒杯。
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超连续谱光源应用系列（一）——表面等离子体
表面等离子体激元（surface Plasmon polarizations, SPPs）是一种沿导体和电介质分界表面传播的特殊表面电磁波，其振幅随着离分界面的距离的增大而成指数衰减，它能被电子也能被光激发。
表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology，SPR)是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种新技术。
发展简史
☞1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象
☞1941年，Fano解释了SPR现象
☞1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础
☞1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定
☞1987年，Knoll等人开始SPR成像研究
☞1990年，Biacore AB公司开发出首台商品化SPR仪器
表面等离子共振原理
光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为金属介质）中又存在一定的等离子波。
当两波相遇时可能会发生共振。
当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减弱。
能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少。
可以从反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对应的入射角为SPR角。
SPR角随金表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。
这就是SPR对物质结合检测的基本原理。
SPR用途简介
实时分析，简便快捷地监测DNA与蛋白质之间、蛋白质分子之间以及药物—蛋白质、核酸—核酸、抗原—抗体、受体—配体等等生物分子之间的相互作用，在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测、法医鉴定等领域具有广泛的应用需求。
超连续谱是指超短脉冲在非线性介质中传输时，由于介质的非线性效应及色散效应的共同作用，导致脉冲的光谱被极大的加宽，使光谱的宽度远远大于入射光脉冲的宽度。
超连续谱光源具有普通白光光源和单色激光光源两者的优点，可以输出光谱宽度覆盖400~2400nm，而同时又保持了激光光源相干性好、亮度高的优点。
以超连续谱光源为光源，对基于SPPs共振的衰减全反射进行研究有很大的优点：一是通过精确选择入射波长，使SPPs产生的衰减全反射共振深度最大，即使金属薄膜厚度等参数有所偏差时，仍能通过调整使系统处于最佳工作状态；二是可以同时进行多波长工作，保持系统条件的一致性，可以满足许多特殊的测量工作；三是可以通过反射光强测量，光谱测量以及相位检测等多种原理反应SPPs共振效应，具有既能保证测试精度，又可以在同一系统中从多方面反映SPPs共振特性的优点。
目前北京拓普光研在超连续谱光源应用方面做了诸多工作，超连续谱光源在诸多领域有重要的应用价值，前景十分看好。